基于FE-SEA方法的卫星部组件随机振动条件研究

卫星部组件的随机振动试验条件确定是较为困难的,通常依据以往试验结果和经验给出。文章尝试应用混合有限元-统计能量分析方法（FE-SEA方法）预示卫星部组件的随机振动环境,以此确定星上部组件的随机振动试验条件。文章首先介绍了该方法的基本理论;随后,用该方法对卫星部组件在星箭界面基础激励和外场声激励联合作用下的加速度响应进行了分析;最后,在综合考虑预示结果和工艺检验要求的基础上,探讨了部组件随机振动条件的确定方法。研究结果表明:FE-SEA方法建模简便,适用于组合载荷作用下的宽频随机振动响应预示,并且,可以较为方便地确定部组件随机振动条件。     

激励频段对航天器随机振动载荷的影响

在航天器随机振动等效准静态载荷计算中,高频因对随机振动载荷的贡献较小而可以被截去,但目前截止频率的选择还未有完全确定。为确定随机振动环境下的计算频段,文章设计了不同动态特性的组件进行不同截止频率的随机振动试验,并根据试验数据分析研究了不同特性组件在不同振动频段下应变的变化规律。研究结果认为,对于一般组件,随机振动的计算截止频率可取为组件主频率的1.5倍。针对非均匀输入加速度谱的随机振动载荷计算问题,文章提出分频段的分析方法。按3个基本频段计算随机振动载荷,分析得到了不同频段对总随机振动载荷贡献大小和规律,以及截止频率误差的影响因素和影响大小。算例表明,分频段法可以用于不同状态输入加速度谱的随机振动载荷计算。     

随机振动条件下设计载荷的确定方法

文章简要介绍和评估了在随机振动条件下确定结构设计载荷的一些工程方法及其特点。结合国外航天器结构设计的具体实践，推荐几种相对准确和有效的方法，为设计师在初步设计阶段进行结构在随机振动条件下的强度设计提供参考。     

飞行振动环境随机试验模拟的载荷等效

研究飞行振动环境载荷地面试验模拟的等效性问题。基于模态质量的振型叠加方法应用于结构随机振动的响应分析,导出了随机振动载荷等效的一般表达式。针对小阻尼稀疏模态结构,得出了随机振动载荷等效的一种工程设计方法,并通过数值模拟验证了方法的可行性。     

航天器随机振动设计载荷有限频段法研究

针对航天器随机振动设计载荷全频段法往往过于保守的问题,根据随机振动理论,分析了航天器随机振动设计载荷有限频段法的原理;在白噪声基础激励下,比较了有限频段法与位移等效法的设计载荷。结果显示:在单自由度弹簧质量模型下,有限频段法与位移等效法结果基本相同;在二自由度弹簧质量模型及整星模型下,有限频段法要大于位移等效法的设计载荷。以某卫星为例,分析了结构随机振动响应。分析结果表明:航天器不同结构的收敛频率不同,不同方向的位移收敛频率也不同,因此,应根据结构响应收敛频率来确定有限频段法截取频率。     

固体火箭飞行静载荷计算的偏差使用方法优化

新型固体火箭对提升运载效率的需求日益强烈,由此发展出一些以提升载荷设计精度为目标的载荷优化方法,可有效实现结构的减载减质。现有优化方法仅考虑单项偏差,未考虑各项偏差间的匹配性和传递过程的合理性,很大程度上限制了载荷设计精度的进一步提升。梳理和分析了载荷计算过程涉及的多项参数偏差,提炼出原始偏差和过程偏差的概念,指出了传统方法在偏差使用及传递过程中的不合理。在此基础上,充分结合新型固体火箭的研制特点,改进了偏差的使用方法,降低了过程偏差对载荷计算精度的影响。结果表明该方法可有效提高载荷设计精度、准确性和效率。     

基于有限测点的复杂管路全局振动预示方法

基于数值模拟和实验提出和验证了一种利用有限测点振动信息进行典型管路系统约束状态及载荷参数重构识别,进而通过精细有限元建模实现管路系统动态响应评估的管路全局振动检测预示方法。主要研究内容包括:首先,建立了典型发动机管路结构随机振动响应分析正问题有限元模型,提出了针对管路振动全面预示的测点设置策略; 其次,发展了激励和约束...     

壳体轴压失稳载荷的非破坏预示

本文提出了侧向柔度法。该方法把壳体的侧向柔度率作为控制参数,研究该参数随轴压的变化特性,结合低载荷下的实测数据,运用最小二乘法原理进行拟合,可预示失稳载荷。计算实例表明,这种方法是可行的。     

航天器随机振动试验振动台驱动力估算方法

文章针对航天器复杂随机振动条件下(尤其是试验前)推力难以估算的问题,基于模态参与的思想,结合航天器随机振动的特征,对模态参与法进行改进和算法简化。改进后方法的验证结果表明,在白噪声激励条件下其计算结果与模态参与法吻合,而且能够计算模态参与法不能计算的非白噪声激励条件的随机振动载荷。文章还提出了能在工程中快速使用的三频段法,并通过型号验证了其可行性。     

双脉冲固体发动机隔板预紧载荷数值分析

针对装配预紧力载荷容易导致双脉冲固体火箭发动机陶瓷隔板破坏的问题,利用ANSYS软件建立了陶瓷隔板组件的平面轴对称有限元模型,分析了陶瓷隔板与其支撑紧固件之间的相互作用。认为陶瓷隔板与紧固件之间接触压力引起的翘曲变形是引起破坏的直接因素,发现等厚度设计形式的陶瓷隔板对预紧载荷的承受能力不足,难以保证其安全装配。计算分析了各结构设计参数对提高陶瓷隔板预紧载荷承受能力的影响,发现修改紧固件结构成效不理想,较合理的方法是优化陶瓷隔板的设计形式,提高其预紧力载荷承载能力的同时兼顾较好的易碎性。     

基于实测数据的随机振动疲劳寿命预测方法

为研究随机振动载荷下构件的疲劳特性,采用振动台对试件开展随机振动疲劳试验。通过对试件应变计改装,完成试验过程中试件应变响应载荷测量,并实现试件疲劳过程的实时监测,准确获取了试件疲劳时刻。基于实测时域数据,结合雨流计数法和线性累积损伤理论,预估3种量级下试件的随机振动疲劳寿命。预估值与试验值对比均在3倍分散带内,验证了上述随机振动疲劳寿命预测方法的可行性及有效性。后续可通过载荷数据的实测开展危险结构件的疲劳失效监测及寿命预测。     

一种单自由度振动系统动态载荷识别方法

航天器在飞行过程中经历了复杂的力学环境,但是目前又无法直接测量出这种复杂力学载荷函数。针对这一问题,提出了一种应用力学载荷识别方法确定航天器所经受力学载荷的新方法,针对单自由度振动系统模型,以二次多项式为基函数,推导建立了基于Duhamel积分的动态载荷识别模型。仿真分析结果表明,该方法具有很高的识别精度,且不存在误差积累问题。该方法为下一步试验验证和工程应用提供了理论基础和技术支撑。     

虚拟试验技术在双点激励随机振动试验中的应用

多点激励振动试验的实施较为复杂。文章研究应用虚拟试验技术在试验前进行试验方案设计及优化的方法。以双点激励虚拟随机振动试验系统为例进行虚拟试验,以及试验方案的优化;并将双点激励实物试验结果与虚拟试验结果进行对比分析。结果显示虚拟试验结果准确可靠,试验方案设计合理有效。     

基于FE-SEA方法的航天器含支架组件噪声分析

安装在支架上的航天器设备的随机环境条件的制定一般是以经验为基础,并通过试验结果修正,而对于全新构型的航天器,其设备的随机环境条件的制定则只能依靠试验。鉴于目前没有一种成熟的分析方法能在航天器研制初期得出设备安装界面处的噪声响应,文章提出采用FE-SEA 方法,将含支架组件和航天器结构本体看成互相独立的两部分,分别采用不同子系统建模,并以“嫦娥三号”某推力器组件噪声试验数据进行了验证。分析结果表明,含支架组件和航天器结构本体分别采用FE 和SEA 子系统建模,可准确地获得设备安装界面处高频噪声响应,结合低频噪声分析,可作为制定设备随机环境条件的参考。     

多轴随机振动环境的疲劳损伤机理浅析

多轴随机振动试验能够同时激发结构在不同方向的模态,使动力响应表现出比单轴振动更为丰富的共振峰,因此对经受多轴振动环境的产品开展疲劳损伤机理分析很有必要。文章围绕多轴随机振动环境疲劳损伤机理的技术现状和发展趋势进行初步分析,调研多轴随机振动环境疲劳损伤机理的研究现状,为多轴振动试验及可靠性试验方法研究提供了理论依据;并为多轴振动系统的原理研究和相关试验设备的优化设计奠定了理论基础。     

基于STFT的最大预示环境波形重构新方法

振动过程的最大预示环境(MEE)是指在某个关心的结构区域内,通过测量或预示手段获得的以谱形式表示的振动环境数据保守极限。然而,很多振动试验方法,特别是用振动台模拟低频瞬态环境时(低于100 Hz),需要给出试验信号的参考波形。文章结合振动模拟试验及短时傅里叶变换(STFT)时频分析,提出一种振动过程最大预示波形(MEW)的重构新方法。数值仿真结果表明,与传统方法相比,使用新方法重构的MEW误差更小,且试验控制更加灵活、高效,更适合于工程应用。     

某航天器姿态控制机组随机振动响应分析

根据结构件宽带随机振动原理,用NASTRAN有限元分析软件对某航天器姿态控制机组的随机振动应力进行了动力学分析。用大质量法模拟基础加速度激励,用模态法计算频率响应。分析表明,计算值与试验结果基本一致。该分析法可在设计阶段用于预示产品的随机振动响应。     

卫星产品声振组合试验技术研究

文章开展了声振组合试验技术的初步研究,探讨了卫星产品声振组合试验的控制方法,并以面积质量比大的卫星舱板产品为例研究了噪声与随机振动组合试验条件确定方法。结果表明:在进行噪声与正弦振动组合试验时,应先启动振动试验控制,后启动噪声试验控制,且正弦振动控制应采用滤波处理;在进行噪声与随机振动组合试验时,噪声激励与随机振动激励正常启动后,相互之间影响很小,可以按照要求的条件施加激励;对于面积质量比大的卫星产品,在结构上同时施加随机振动载荷和噪声载荷,声振组合试验考核更加合理。